一种氮氧传感器检测工装介绍

汤斌

摘 要：本文介绍了一种氮氧传感器检测工装，该工装根据原有检测设备使用过程中存在的缺陷加以改进，并根据传感器探头特有外形对检测工装进行定制，以提高检测效率，减少检测成本。并将该检测工装模块化，后期可任意组装在各种类型的检测设备上。

关键词：氮氧传感器 检测工装 改进

Introduction of a Nitrogen Oxygen Sensor Detection Tooling

Tang Bin

Abstract：This article introduces a nitrogen and oxygen sensor detection tooling. The tooling is improved based on the defects existing in the use of the original detection equipment， and the detection tooling is customized according to the unique shape of the sensor probe to improve detection efficiency and reduce detection costs. And the testing tooling is modularized， and can be assembled on various types of testing equipment.

Key words：nitrogen oxygen sensor， detection tooling， improvement

1 氮氧传感器检测工装研制背景

2021年3月全国两会召开期间，政府工作报告指出：扎实做好碳达峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案。值此中国“十四五”规划开局之年，碳中和的任务被提及，这一信号说明，节能减排、环境保护将是未来可持续发展、研发环保科技的主要课题。按“碳中和”的部署目标，减少大气中NOx（氮氧化物）的排放也将成为环保中的重要任务。

而本文中所研制的氮氧传感器检测工装，正是助力于氮氧传感器生产厂家，提高氮氧传感器产线检测效率，降低生产成本，以达到提质增效的目的。氮氧传感器是用来检测气体环境中NOx含量的关键设备，它被广泛应运于柴油汽车尾气处理、火力发电尾气处理等其他含有NOx的尾气处理系统。就目前而言，全球氮氧传感器市场大部分都被德国大陆公司占领，而国内氮氧传感器的研发和生产才刚刚起步，笔者希望通过研制新型氮氧传感器检测工装，能够帮助到国内氮氧传感器生产厂家，不仅助力我国“碳中和”的宏伟目标，更让国货崛起，在全球的高科技环保领域占有一席之地。

2 检测工装设计原理

2.1 氮氧传感器检测工装工作原理

在氮氧传感器生产过程中，各部件组装后，会经过一道标定检测的步骤，该检测过程是模拟氮氧传感器在NOx环境中工作，将传感器探头端插入到密闭容器中，然后往容器中通入标准浓度的NO气体，此时传感器会测得一个值，然后校正该值与标准NO浓度值一致，再以同样方式通入几种不同浓度的NO气体，这样就完成了传感器的标定检测，使传感器控制器得到一条测量曲线，从而精确地测量各种浓度的NOx值。在此检测环节中，需要往气室中通入4种气体，并进行8次置换，所以气室内气体的置换速率决定了此工序的检测效率。

现有检测设备中，气室是一根直径为10cm、长2m的圆管，在圆管壁上打孔，在孔上安装探头固定座，将传感器探头插入探头固定座，固定座内有软硅胶垫起着密封作用，外部再用推拉工装顶住探头部分，防止探头脱落，即可进行检测，一根圆管可安装24支传感器，气体从圆管的一端流入，从另外一端流出，为了保证探头检测精度，气室内压力约为0.1MPa，气体流速较慢，由于气室内气体环境稳定后才能进行标定检测，这样就导致在2m长的气室中，第一支与最后一支传感器接触到气体的时间间隔较长。

根据检测流程和要求，现有结构就存在气体置换速率慢，且气室管道较长，检测一次气体用量较多，用气成本较高。氮氧传感器探头结构很特别，由于氮氧传感器检测探头里核心部件为陶瓷芯片，为保护陶瓷芯片不受损坏，探头端安装有特制保护帽，探头保护帽上有两排孔，在检测过程中，气体从两排孔中一进一出，保证气体流动。

为提升检测效率，减少气体浪费，本检测工装主要从以下几个方面进行了设计和优化。

2.2 工装改进方案

将气室化整为零，根据探头结构设计气室内部结构，现将整体结构改为单气室模式，如图1所示：

气室空间根据探头的大小制作，气室两侧打孔，孔位与探头两排气孔对应。这样不仅极大减少了气室空间，并且控制气体进入气室后可直接吹入探头内，并在另一侧吹出，提高了气体置换率，使传感器的响应时间大大缩短。外部用细软管把所有单个气室联通，这样就可使检测工装实现模组化，可根据检测传感器数量对检测气室进行增减，减少气体无效流入。

改进密封垫圈结构，实现自固定，取消推拉工装。原有的硅胶垫就是一个圆环，只起密封探头的作用，外部用推拉工装进行固定。本工装对硅胶垫结构进行重新设计，使其不仅具备密封功能，还能实现固定探头的作用。如图2所示，在原有硅胶垫上又增加了一个圆环，称作裙摆结构，在这种结构下，当金属探头插入气室时，由于橡胶垫圈与气室有预留空间，使金属探头较为容易插入，当金属探头插入到位，橡胶圈受力变形，将金属探头严实包裹，裙摆结构增加了与探头的有效接触并产生过盈配合，金属探头不易松动，且密封性良好，改进后的硅胶垫实现了自固定的功能，减少在推拉工装中必须两手配合固定探头的工序，可实现单手插拔，省时省力。

添加自动切换气体装置，减少人为操作，实现检测流程半自动化。产品的电气控制化通过分析氮氧传感器检测装置通气检测的步骤及通气时长，增加了自动通气装置，提高整个检测产线的效率。

气动原理如图3所示：

按下启动按钮，DT1两位两通电磁换向阀开始通电，N2气体通入设备，气压传感器检测气压升高到一定值，DT2两位两通电磁换向阀通电后，DT1断电，DT3通电，750ppm的NOx通入设备，延时一定时间，待装置内的N2气体排尽后DT2断电，气压传感器检测气压升高到一定值，DT3断电，开始进行第一次通气检测;

延时10分钟后，DT2与DT3通电，750ppm的NOx与尿素中和后排出装置，一定时间后DT2与DT3断电，DT1通电，N2气体通入装置，气压传感器检测气压升高到一定值，DT2通电，DT1断电，DT4通电，1500ppm的NOx通入设备，延时一定时间，待装置内的N2气体排尽后DT2断电，气压传感器检测气压升高到一定值，DT4断电，开始进行第二次通气检测;延时10分钟后，DT2与DT3通电，1500ppm的NOx气体与尿素中和后排出装置，一定时间后DT2与DT3断电，DT1通电，N2气体通入装置，气压传感器检测气压升高到一定值，DT2通电，DT1断电，DT5通电，2000ppm的NOx通入设备，延时一定时间，待装置内的N2气体排尽后DT2断电，气压传感器检测气压升高到一定值，DT5断电，开始进行第三次通气检测，延时10分钟后，DT2与DT3通电，2000ppm的NOx气体与尿素中和后排出装置，测试结束。

3 氮氧传感器检测工装的改进效果

本文中的检测工装比原有设备效率高出了一倍左右，而耗材量减少约30%，该检测工装可用于实现半自动化甚至自动化，并且用于大批量检测，结构简单，操作方便，管道的距离较短，管路直径较小，大大节省了检测耗材，大幅度降低了检测成本。

从发展角度来看，由于国内氮氧传感器检测设备都以非标为主，希望本工装的设计原理及良好的使用效果，能够帮助完善氮氧传感器检测设备的设计及使用标准，从而加速氮氧传感器国产化的进程。

参考文献：

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